单向纤维复合材料导热性预测

本文利用均匀化方法预测复合材料导热性。采用这一方法给出了单向纤维复合材料沿纤维方向的导热性表达式;将该方法与有限元技术结合得到了在垂直于纤维方向上复合材料导热性数值形式的预测结果。根据这些结果我们用曲线形式给出了材料导热性同各组分体分比间的关系,分析了体分比、纤维截面形状和分布方式、纤维和基体间的相对导热系数等因素对材料整体导热性影响。注意到纤维分布的随机性,本文还研究了纤维相对位置对材料导热性的影响,指出相对位置的变化可导致材料的各向异性导热性。本文指出基体相导热性对材料整体导热性的影响比纤维相的影响更重要。和已有的理论和实验结果的比较说明,本文提出的方法是很有效的。      

单向纤维复合材料声学超表面

声学超表面是一种能够调节声波反射、透射和吸收特性的超薄人工结构,对于空间受限的应用领域具有重要价值,目前声学超表面主要借助超构材料来实现。提出一种非超构材料的新型声学超表面,采用单向纤维周期复合材料对声波进行调制,实现了声波的定向反射调控。借助复合材料细观力学方法,采用均匀化理论和优化方法设计周期复合材料单胞的组分,使单胞具有特定的等效力学性能与声学性能,并满足特性阻抗匹配,从而形成超表面所需的声速梯度分布。通过能带分析获得了单胞纵波波速与频率的关系,显示出复合材料超表面的宽频特性。定向反射仿真展示了复合材料超表面操控声波的有效性,并验证了对于垂直入射声波纵波是影响波控性能的主要因素。研究工作为声学超表面及其他声学波控装置的设计提供了一种新途径。     

单向纤维布可压缩性的实验研究

针对热压工艺中单向纤维布的压缩行为, 通过自行设计的纤维可压缩性测试装置测得压缩曲线, 并用Gutowski 纤维压缩方程进行拟合。提出了表征可压缩性的参数, 考察了初始纤维体积分数、层数、润湿介质、铺层方式和纤维种类对单向纤维布可压缩性的影响。结果表明, 层数、初始纤维体积分数和润湿介质对单向纤维铺层的可压缩性没有显著影响, 纤维的干湿状态、铺层方式和纤维种类对纤维层的可压缩性有明显影响。      

纤维增强复合材料多轴疲劳的实验研究

采用缠绕成型的玻璃纤维增强聚合物基复合材料管型试样,对复合材料在拉扭双轴载荷作用下的多轴疲劳行为进行了实验研究。实验结果表明,复合材料多轴疲劳失效是基体中疲劳损伤累积的结果,最终的失效裂纹通常平行于纤维方向;根据实验中得出的应力应变曲线、疲劳寿命曲线,重点讨论了不同缠绕角复合材料的多轴疲劳寿命随双轴载荷比例、平均应力等因素的变化规律,为今后的多轴疲劳理论研究提供了依据。     

单向纤维增强聚合物复合材料压缩渐进破坏单向纤维增强聚合物复合材料压缩渐进破坏

复合材料结构在承压时破坏如何演化,是其强度破坏分析的基础和核心任务。本文提出了基于连续介质损伤力学（CDM）的单向纤维增强聚合物复合材料压缩破坏渐进损伤分析（PDA）模型。建模中考虑了材料非线性行为、失效判断及损伤演化中材料性能退化等基本问题,分别对应于拉压不对称弹塑性本构关系、Puck准则、LaRC05准则及考虑破坏面方向的刚度退化方法。该模型通过用户材料子程序接口VUMAT引入到有限元软件ABAQUS中实现了有限元求解。对文献中提供的纵向、横向及偏轴压缩案例进行了数值计算并与试验数据对比。数值分析结果与试验数据吻合较好,证明了该方法的合理性和有效性,对开展多向层合板压缩破坏分析富有参考价值。      

SiGw/Al复合材料的偏轴拉伸断裂行为

应用扫描电镜对挤压SiCw/6061Al复合材料的拉伸断裂过程进行了动态观察,并详细讨论了偏轴角θ对复合材料强度和断裂行为的影响。结果表明,微裂纹起源于晶须周围基体中,其萌生与扩展受晶须偏轴角的控制。复合材料由正向断裂向剪切断裂转变的特征角θ₀约为45-50°。      

SiGw/Al复合材料的偏轴拉伸断裂行为

应用扫描电镜对挤压SiCw/6061Al复合材料的拉伸断裂过程进行了动态观察,并详细讨论了偏轴角θ对复合材料强度和断裂行为的影响。结果表明,微裂纹起源于晶须周围基体中,其萌生与扩展受晶须偏轴角的控制。复合材料由正向断裂向剪切断裂转变的特征角θ₀约为45-50°。     

橡胶改性对硼纤维/环氧单向复合材料力学性能的影响

对环氧树脂进行液体丁腈橡胶改性, 并采用缠绕无纬布层压成型工艺制备了硼纤维/环氧单向复合材料。测试了环氧树脂液体丁腈橡胶改性前后硼纤维/环氧单向复合材料的力学性能, 研究了硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式。结果表明, 基体中的10%液体丁腈橡胶使硼纤维/环氧单向复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 层间剪切强度和断裂延伸率分别提高了18.42%、 13.39%、 28.45%和43.40%, 但其拉伸和弯曲模量稍有下降。基体中含10%液体丁腈橡胶的硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式为界面层的内聚破坏和脱黏破坏共存的混合破坏。      

含界面相的单向纤维增强复合材料三维应力场的二重双尺度方法

提出了计算含界面相的单向纤维增强复合材料三维应力的二重双尺度方法。在性能预报方面,首先对界面相和纤维进行均匀化得到均匀化夹杂,然后对均匀化夹杂和基体进行均匀化得到宏观均匀材料;在应力场描述方面,从宏观均匀场出发,利用双尺度渐近展开技术经过两次应力场传递,依次得到单胞和应力集中区域的应力场。与有限元方法相结合,计算了宏观轴向均匀拉伸载荷条件下含界面相的单向纤维增强复合材料的三维应力场分布。数值结果表明在此载荷条件下最大应力发生在每根纤维的中截面内,靠近纤维与界面相的交界处。讨论了界面相性能对应力场分布的影响,结果显示纤维、界面相与基体力学性能的等差过渡有利于缓解纤维在界面附近的应力集中。      

一个计算单向纤维增强复合材料纵向剪切模量的模型

本文给出一个计算单向纤维增强复合材料纵向剪切模量的模型。该模型考虑了纤维截面的纵横比及基质在纤维周围的分布,对所有纵横比的情况都适用。算例表明,纵向剪切模量对纤维截面的纵横比是非常敏感的。通过与实验结果及其它数值结果的对比,说明了该模型是合理的,并具有较好的精度。     

Dependence of the Transverse Thermal Conductivity of Unidirectional Composites on Fiber Shape

The model for the traverse thermal conductivity of unidirectional composite materials published by Springer and Tsai, which yields good results when compared to experimental results, is generalized to include fibers having elliptical cross sections. It is shown that the thermal conductivity of the unidirectional composite normal to the filaments depends strongly on fiber shape.     

A New Static and Fatigue Compression Test Method for Composites

Abstract: A new test method to determine the compressive properties of composite materials under both static and fatigue loading was developed. The novel fixture is based on the concept of transmitting the load by a fixed ratio of end‐to‐shear loading. The end‐to‐shear load ratio is kept fixed during the test through a mechanical mechanism, which automatically maintains the gripping pressure. The combined loading method has proven very efficient in static loading and is used in the new fixture which is specially designed for fatigue testing. Optimum gripping (shear loading) and alignment of the test coupon are achieved throughout the fatigue life. The fatigue strength obtained is more reliable because bending of the specimen due to poor gripping and alignment is minimised. The application of the new fixture to static and fatigue compression is demonstrated by using unidirectional carbon/epoxy and glass/polyester composite systems. Repeatable results and acceptable failure modes are obtained under both static and fatigue loading.     

缝合复合材料单向板的拉压性能

缝合复合材料改善了层合复合材料易分层的缺陷,其力学性能研究具有重要意义。建立缝合复合材料单向板的三维有限元分析模型,考虑了缝合针脚造成的纤维面内和面外弯曲,分析了纤维弯曲对拉伸和压缩性能的影响。结果表明,模型能很好预测缝合单向板拉伸和压缩性能,同时考虑纤维面内和面外弯曲对预测更为有利,纤维面内和面外弯曲是影响强度的主要因素,纤维面内弯曲对模量影响较大,而纤维面外弯曲对模量的影响可以忽略不计。     

取向碳纳米管/玻璃纤维增强树脂基单向层合板的制备及其力学性能

针对纤维增强树脂基单向复合材料横向刚强度低的问题,通过碳纳米管(CNTs)在单向复合材料横向方位取向控制技术研究,建立了一种CNTs在树脂基复合材料中电场取向装置,制备了取向CNTs/环氧树脂(EP)复合材料及取向CNTs/玻璃纤维(GF)增强环氧树脂基单向层合板,并对不同电场强度、CNTs含量对其力学性能的影响进行了试验分析。结果表明,施加300V/cm的取向电场时,添加0.2wt%多壁碳纳米管(MWNTs)/EP储能模量较未添加MWNTs时提高了68.42%,较随机方位分布MWNTs/EP提高了1.36%;取向MWNTs/GF增强单向层合板横向弯曲强度及模量比未添加MWNTs时分别提高了72.2%和92.1%,比随机方位分布MWNTs增强时分别提高了58.29%和61.43%;施加439V/cm的取向电场时,添加0.2wt%取向MWNTs/GF增强单向层合板横向弯曲强度及模量比未添加MWNTs时分别提高了64.7%和63%,比随机方位分布MWNTs增强时分别提高了51.42%和36.90%,取向CNTs/GF增强树脂基单向层合板横向刚强度均得到了大幅提高。     

碳纤维/环氧单向复合材料的统计强度和破坏准则

本文运用了纤维损伤的随机临界核理论及混合法则 ,对碳纤维 /环氧单向复合材料受纵向拉伸时的统计强度及破坏准则作了理论分析与实验研究     

用CVI工艺制备的低密度单向C/C复合材料的阻尼性能

用化学气相渗透工艺（ＣＶＩ）制备出几种不同密度及不同炭纤维类型增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料。在国内自制多功能内耗仪上用扭摆法测试其阻尼性能。结果表明,低密度单向Ｃ／Ｃ复合材料的阻尼随密度的升高而降低。同种工艺条件,高模炭纤维Ｔ－５０增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料的阻尼性能优于高强炭纤维Ｔ３００增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料,且前者在８０￣２００℃范围内有一明显的内耗峰。纤维类型和界面微观结构是影响这类单向Ｃ／Ｃ复     

碳纤维水泥基复合材料Seebeck效应研究现状

具有显著Seebeck效应的碳纤维水泥基复合材料(Carbon fiber reinforced cement-based composites,简写为CFRC)近年来受到广泛关注。综述了CFRC的导电机理、Seebeck效应强化途径及其工程应用前景。CFRC的载流子类型主要包括离子、电子和空穴,并以空穴为主。碳纤维/碳纳米管掺杂,CFRC的Seebeck系数可提高至约30μV/℃;钢纤维掺杂水泥基材料表现为n型半导体,其Seebeck可达68μV/℃;金属氧化物Bi_2O_3掺杂可将CFRC的Seebeck系数稳步提高到100.28μV/℃,而ZnO和Fe_2O_3掺杂可使CFRC的Seebeck系数分别增大到3 300μV/℃和2 500μV/℃。这些研究有效地促进了CFRC在城市室外热量的转换收集、工业余热能量收集和长寿命结构健康监测传感器等领域的研究与发展。     

木塑复合材料的发展回顾

由于具有经济和环保的优点,木塑复合材料在近些年得到了快速发展.本文主要回顾了国内外木塑复合材料的发展历史和研究现状.包括所研究的木塑复合材料的种类、力学行为的表征和特点、各种影响木塑复合材料力学性能的因素,以及为提高木塑复合材料力学性能而采取的物理和化学的处理方法和工艺.还介绍了一些用来研究木塑复合材料行为的实验手段.     

加捻植物纤维增强树脂基复合材料偏轴拉伸非线性多层次角度融合建模

针对加捻植物纤维增强树脂基复合材料偏轴拉伸非线性力学行为,以宏、细观相结合的思路,建立了融合植物纤维微纤丝角、纱线加捻表面捻转角和复合材料偏轴拉伸角的多层次角度融合本构模型,在实际计算时,由于微纤丝角的随机性、难于测量和对复合材料偏轴拉伸性能相对表面捻转角和偏轴拉伸角的较小影响,假定微纤丝角是常量,计算时仅考虑表面捻转角和偏轴拉伸角,适当简化。最后,利用单向亚麻纤维织物增强环氧树脂基复合材料拉伸实验数据和文献数据验证模型的有效性,模型计算结果与实验结果吻合较好。